JPH08306330A - Focal point automatic determination method - Google Patents

Focal point automatic determination method

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JPH08306330A
JPH08306330A JP10643395A JP10643395A JPH08306330A JP H08306330 A JPH08306330 A JP H08306330A JP 10643395 A JP10643395 A JP 10643395A JP 10643395 A JP10643395 A JP 10643395A JP H08306330 A JPH08306330 A JP H08306330A
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Abstract

PURPOSE: To provide a focal point automatic determination method which can greatly improve the accuracy of dimensional measurement and the like by an electron microscope, dispenses with a skilled operator and excels in operability. CONSTITUTION: This method comprises the following step. The scanning of a beam is performed for every excitation condition of the objective lens of an electron microscope (Steps S1, S2, S3), and the obtained secondary electron signal data is addingly averaged and movingly averaged to eliminate noise. Next, linear integralation is performed for every scanning data, thereby forming profile data expressing a linear integralation value as the function of the excitation condition. Next, the excitation condition corresponding to the peak of the profile data is sought to carry out automatic focusing. The excitation condition giving the value of a fixed rate with respect to the peak of the profile data is compared with the excitation condition giving a peak value, and the distortion of the profile data is determined from the comparison result, and when the distortion is large, the automatic focusing is determined unfocusing.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は焦点自動判定方法に係
り、特に電子顕微鏡の自動焦点合せにおいて、その合否
を判定するためのシーケンスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic focus determination method and, more particularly, to a sequence for determining whether or not the automatic focus adjustment of an electron microscope is successful.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、電子顕微鏡における自動焦点
合せは、以下のようにして行われていた。 1)電子ビーム走査を、円走査または線走査などに固定
し、対物レンズの励磁を一定量ずつ変化させながら、2
次電子信号を検出し、これを記憶し、 2)次に、記憶された2次電子信号から隣接画素間での
信号変化量の積分値、あるいは隣接画素間での信号量の
差の絶対値の和のいずれかを求め、 3)最後に、求められた値が最大となる対物レンズの励
磁条件を求めて、対物レンズに設定する。
2. Description of the Related Art Conventionally, automatic focusing in an electron microscope has been performed as follows. 1) The electron beam scanning is fixed to circular scanning or line scanning and the excitation of the objective lens is changed by a constant amount.
The secondary electron signal is detected and stored. 2) Next, the integrated value of the signal change amount between the adjacent pixels or the absolute value of the difference in the signal amount between the adjacent pixels from the stored secondary electron signal. 3) Finally, the excitation condition of the objective lens that maximizes the obtained value is obtained and set as the objective lens.

【0003】電子顕微鏡における自動焦点合せは、以上
のようなシーケンスに基づいて行われるが、焦点が合っ
ているか否かの合否判定は、オペレータが目視によって
行っている。
The automatic focusing in the electron microscope is carried out based on the above sequence, but the operator judges visually whether the object is in focus or not.

【0004】図3は、先に述べたような自動焦点合せを
実施した後に、オペレータがこれを合焦点とみなし、引
き続きその状態のままで、観測対象、例えば半導体チッ
プの上に形成されたパターンの寸法測定を行った結果で
ある。ちなみに、この寸法測定は同一のパターンに対し
て実施している。
FIG. 3 shows a pattern formed on an object to be observed, for example, a semiconductor chip, after the operator regards this as an in-focus point after the automatic focusing as described above is performed and continues to be in that state. It is the result of performing the dimension measurement of. By the way, this dimensional measurement is performed on the same pattern.

【0005】図3からも明らかなように、測定されたパ
ターン寸法の変動量が±0.01ミクロンmを超える場
合が存在する。測定条件として、寸法測定場所が同一で
あり、なおかつ自動焦点合せ以外の鏡筒パラメータも同
一で測定しているため、この測定値変動は自動焦点合せ
の状態が最適ではないことによる。
As is apparent from FIG. 3, there are cases where the measured variation in the pattern dimension exceeds ± 0.01 μm. As the measurement conditions, the dimension measurement location is the same, and the lens barrel parameters other than the automatic focusing are also the same, so this measurement value variation is because the automatic focusing state is not optimal.

【0006】そして、正確な測定のためには、自動焦点
合せを実施した後で、その合焦点状態の合否を判定する
必要があるが、先にも述べたように、従来から、この判
定はオペレータが目視によって行っていた。
For accurate measurement, it is necessary to determine whether or not the in-focus state is satisfied after performing the automatic focusing. However, as described above, this determination is conventionally made. It was done visually by the operator.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の焦点自動判定方法では、焦点合せの合否判定をオペ
レータの目視に頼る必要があったため、以下に述べるよ
うな問題点がある。
As described above, the conventional automatic focus determination method has the following problems because it is necessary to rely on the operator's visual observation to determine whether or not to focus.

【0008】半導体チップ上のサブミクロンパターンの
寸法測定においては、装置に起因するばらつきが、パタ
ーンデザイン寸法の1/100、すなわち0.005ミ
クロンm以下であることが要求される。
In measuring the size of a submicron pattern on a semiconductor chip, it is required that the variation caused by the device is 1/100 of the pattern design size, that is, 0.005 μm or less.

【0009】ところが、寸法測定ばらつきを0.005
ミクロンm以下に抑えるように、自動焦点合せの合否を
目視判定するためには、相当に熟練したオペレータが必
要である。しかし、自動焦点合せの判定をオペレータに
任せる方法は、実際の半導体製造ラインにおいて適用す
るには現実的ではない。
However, the dimensional measurement variation is 0.005.
A fairly skilled operator is required to visually determine the success or failure of automatic focusing so as to keep it below micron m. However, the method of leaving the determination of automatic focusing to an operator is not practical for application in an actual semiconductor manufacturing line.

【0010】つまり、焦点合せの合否判定をオペレータ
の判断にゆだねるやり方には限界があり、自動合否判定
を導入し、もし焦点合せの状態が否状態と判定された場
合は、自動焦点合せをやり直すような方法の開発が大き
な課題となっていた。
In other words, there is a limit to the method of entrusting the operator's decision to determine whether the focus is acceptable or not. Therefore, if automatic focus determination is introduced, and if the focus state is determined to be a non-defective state, automatic focus adjustment is performed again. The development of such a method has been a major issue.

【0011】本発明の目的は、上記のような従来技術の
問題点を解消し、対物レンズの励磁を変化させながら2
次電子信号を検出し、その線積分値のプロファイルデー
タに基づき実施される自動焦点合せに対応して、プロフ
ァイルデータの歪み量を求め、この歪み量に基づいて自
動焦点合せが合焦点状態か非合焦点かを判定することに
より、自動焦点合せの精度を向上させ、電子顕微鏡によ
る寸法測定などの信頼性を大幅に向上すると共に、熟練
したオペレータが不要で作業性の優れた焦点自動判定方
法を提供することにある。
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to change the excitation of the objective lens while
The next electron signal is detected, and the amount of distortion of the profile data is calculated in response to the automatic focusing performed based on the profile data of the line integral value. Based on this amount of distortion, automatic focusing is in focus or not. By determining whether it is the in-focus point, the accuracy of automatic focusing is improved, the reliability of dimension measurement with an electron microscope is greatly improved, and a skilled operator is not required. To provide.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、電子顕微鏡の対物レンズの励磁条件毎に
ビーム走査を行い、得られる2次電子信号波形を線積分
することにより、励磁条件の関数としての線積分の値を
示すプロファイルデータを形成する第1のステップと、
前記プロファイルデータのピークに対応する第1の励磁
条件を求める第2のステップと、前記プロファイルデー
タのピーク値に対して、一定の割合の値に対応する励磁
条件を、強励磁側と、弱励磁側でそれぞれ第2の励磁条
件と第3の励磁条件として求める第3のステップと、前
記第2の励磁条件と、前記第3の励磁条件の中点に対応
する励磁条件を第4の励磁条件として求める第4のステ
ップと、前記第1の励磁条件と前記第4の励磁条件との
差分を、ビーム焦点深度に一定の係数を乗じた参照値と
比較し、これよりも小さい場合に、前記第1の励磁条件
を合焦点と判断する第5のステップと、を備える焦点自
動判定方法を提供するものである。
In order to achieve the above object, the present invention performs beam scanning for each excitation condition of an objective lens of an electron microscope and linearly integrates the obtained secondary electron signal waveform. A first step of forming profile data showing the value of the line integral as a function of the excitation condition;
A second step of obtaining a first excitation condition corresponding to the peak of the profile data, and an excitation condition corresponding to a value of a constant ratio with respect to the peak value of the profile data, a strong excitation side and a weak excitation side. The third step for obtaining the second excitation condition and the third excitation condition on the side, the second excitation condition, and the excitation condition corresponding to the middle point of the third excitation condition are the fourth excitation condition. And a difference between the first excitation condition and the fourth excitation condition is compared with a reference value obtained by multiplying the beam focal depth by a constant coefficient, and if the difference is smaller than the reference value, And a fifth step of determining the first excitation condition to be the in-focus point.

【0013】さらに、本発明は、電子顕微鏡の対物レン
ズの励磁条件毎にビーム走査を行い、得られる2次電子
信号波形を線積分することにより、励磁条件の関数とし
ての線積分の値を示すプロファイルデータを形成する第
1の段階と、前記プロファイルデータの半値幅を求める
第2の段階と、前記第2の段階で得られた半値幅が前記
対物レンズの励磁可変範囲の1/2以内に相当する場合
を合焦点と判定する第3の段階と、を備える焦点自動判
定方法を提供するものである。
Further, according to the present invention, the beam scanning is performed for each excitation condition of the objective lens of the electron microscope, and the obtained secondary electron signal waveform is subjected to line integration to show the value of the line integration as a function of the excitation condition. The first step of forming profile data, the second step of obtaining the half-value width of the profile data, and the half-value width obtained in the second step are within 1/2 of the excitation variable range of the objective lens. And a third step of determining the corresponding case as the in-focus point.

【0014】[0014]

【作用】本発明の第1の焦点自動判定方法では、第1の
ステップで得られたプロファイルデータのピークに対応
させて、第2のステップで求めた第1の励磁条件を、第
3のステップで求めた第2、第3の励磁条件の中点に対
応する励磁条件、つまり第4のステップで求めた第4の
励磁条件と比較することにより、第1のステップで得ら
れたプロファイルデータの強励磁側と弱励磁側の対称性
が良い場合は、合焦点状態と判断しており、このため
に、第5のステップにおいて、第1の励磁条件と第4の
励磁条件との差分を、ビーム焦点深度に一定の係数を乗
じた参照値と比較している。
According to the first automatic focus determination method of the present invention, the first excitation condition obtained in the second step is set to the third step in correspondence with the peak of the profile data obtained in the first step. Of the profile data obtained in the first step by comparing with the excitation condition corresponding to the midpoint of the second and third excitation conditions obtained in, that is, the fourth excitation condition obtained in the fourth step. When the symmetry between the strong excitation side and the weak excitation side is good, it is determined to be the in-focus state. Therefore, in the fifth step, the difference between the first excitation condition and the fourth excitation condition is It is compared with a reference value obtained by multiplying the beam depth of focus by a constant coefficient.

【0015】本発明の第2の記載の焦点自動判定方法で
は、第1の段階で得られたプロファイルデータのピーク
に対応させて、第2の段階では、プロファイルデータの
半値幅を求め、第3の段階で、この半値幅が対物レンズ
の励磁可変範囲の1/2以上に相当する場合、非合焦点
と判定している。
In the automatic focus determination method according to the second aspect of the present invention, the full width at half maximum of the profile data is obtained in the second step in correspondence with the peak of the profile data obtained in the first step. At this stage, if this half-value width corresponds to ½ or more of the excitation variable range of the objective lens, it is determined that it is out of focus.

【0016】[0016]

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の実施例
を説明する。 実施例1.図1は、本発明の焦点自動判定方法の実施例
1を説明するためのシーケンス図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Example 1. FIG. 1 is a sequence diagram for explaining the first embodiment of the automatic focus determination method of the present invention.

【0017】まず、電子顕微鏡の電子ビームの走査速度
を通常の8kHzから、自動焦点合せ用の1kHzに設
定する(ステップS1)。
First, the scanning speed of the electron beam of the electron microscope is set from the normal 8 kHz to 1 kHz for automatic focusing (step S1).

【0018】次に、対物レンズの励磁条件を逐次設定
(512条件)しながら(ステップS2)、各励磁条件
で4回ずつ走査する(ステップS3)。この場合、1走
査当たり512サンプリングを実施する。
Next, while sequentially setting the excitation condition of the objective lens (512 conditions) (step S2), scanning is performed four times under each excitation condition (step S3). In this case, 512 samplings are performed per scan.

【0019】同時に、各走査毎に得られる2次電子信号
を検出し、4回走査分のデータを加算平均処理し、電源
周波数ノイズを除去してS/N向上を行う(ステップS
4)。
At the same time, the secondary electron signal obtained for each scan is detected, the data for four scans are added and averaged, and the power supply frequency noise is removed to improve the S / N (step S).
4).

【0020】引き続き、加算平均処理したデータに対し
て、移動平均処理を実行し、更なるS/N向上を行う
(ステップS5)。
Subsequently, a moving average process is performed on the data subjected to the addition and averaging process to further improve the S / N (step S5).

【0021】次に、各励磁条件毎に移動平均処理したデ
ータに対して、7点の平滑化微分処理を行い、得られた
微係数値の絶対値の和、つまり線積分値を求める(ステ
ップS6)。
Next, smoothing and differential processing of 7 points is performed on the data subjected to the moving average processing for each excitation condition, and the sum of the absolute values of the obtained differential coefficient values, that is, the line integral value is obtained (step S6).

【0022】以上のようにして得られる積分値と対物レ
ンズの励磁条件の関係から構成されるプロファイルは、
図2に示すようになる。このプロファイルの最大値、つ
まりピークに相当する対物レンズの励磁条件を求め、こ
の励磁条件を対物レンズに設定する(ステップS7)。
The profile composed of the relationship between the integral value obtained as described above and the excitation condition of the objective lens is
As shown in FIG. The maximum value of this profile, that is, the excitation condition of the objective lens corresponding to the peak is obtained, and this excitation condition is set in the objective lens (step S7).

【0023】次に、ステップS7で得られた積分値プロ
ファイルデータのS/N比が3よりも小さいか否かにつ
いて判断する(ステップS8)。
Next, it is judged whether or not the S / N ratio of the integrated value profile data obtained in step S7 is smaller than 3 (step S8).

【0024】小さい場合(Yes)には、操作速度を
0.5kHzに落とし、励磁条件の操作本数を8操作本
数に上げて(ステップS9)、ステップS1に戻る。従
って、ステップS1,S3においては、その数値は変更
される。
If it is smaller (Yes), the operation speed is decreased to 0.5 kHz, the number of operations under the excitation condition is increased to 8 (step S9), and the process returns to step S1. Therefore, the numerical values are changed in steps S1 and S3.

【0025】大きい場合(No)には、次のステップS
10に移る。このステップS10においては、線積分の
最大値で示される励磁条件が励磁可変範囲の25%以下
の領域か、あるいは75%以上の領域に存在するか否か
について判断する。
If it is larger (No), the next step S
Go to 10. In step S10, it is determined whether or not the excitation condition indicated by the maximum value of the line integral exists in the region of 25% or less of the excitation variable range, or in the region of 75% or more.

【0026】存在している場合(Yes)には、最大値
で示される励磁条件を励磁可変範囲の中心に設定し直し
て、ステップS1に戻る。
If it exists (Yes), the excitation condition indicated by the maximum value is reset to the center of the excitation variable range, and the process returns to step S1.

【0027】存在していない場合(No)には次のステ
ップS12に移る。このステップS12においては、線
積分の最大値の励磁条件と、しきい値から求めた励磁条
件の中心との差が、焦点深度から求めた基準値以上かど
うかを判断する。
If it does not exist (No), the process proceeds to the next step S12. In step S12, it is determined whether or not the difference between the excitation condition of the maximum value of the line integral and the center of the excitation condition obtained from the threshold value is equal to or larger than the reference value obtained from the depth of focus.

【0028】基準値以上の場合(Yes)には、ステッ
プS11に戻る。
If it is greater than or equal to the reference value (Yes), the process returns to step S11.

【0029】基準値以下の場合(No)には、ステップ
S13に移る。このステップS13においては、先に求
めた線積分の最大値を適正なものと判断し、対物レンズ
に設定する。
If it is less than the reference value (No), the process proceeds to step S13. In step S13, the maximum value of the previously obtained line integral is determined to be appropriate and set to the objective lens.

【0030】次に、図1のステップS12で実行される
合焦点状態か否かを判断する手順について説明する。
Next, the procedure for determining whether or not the focused state is executed in step S12 of FIG. 1 will be described.

【0031】図2に示すようなプロファイルに対して、
ピークに相当する対物レンズの励磁条件(p)点つまり
フォーカス設定値、およびピーク値の1/2の値(50
%)の対物レンズの励磁条件を求める。図2において、
励磁可変範囲はAとBの間として示される。なお、ピー
ク値の1/2の値としては、対物レンズの強励磁側と弱
励磁側がそれぞれ1つずつ存在するが、その両方をそれ
ぞれ(a)点、(b)点として求める。
For a profile as shown in FIG.
The excitation condition (p) point of the objective lens corresponding to the peak, that is, the focus setting value, and the half value of the peak value (50
%) Of the objective lens excitation condition. In FIG.
The excitation variable range is shown as between A and B. It should be noted that as the half value of the peak value, there is one strong excitation side and one weak excitation side of the objective lens, and both of them are determined as points (a) and (b), respectively.

【0032】次に、(a)点と(b)点の中点に相当す
る対物レンズの励磁条件(c)点を求める。
Next, the excitation condition point (c) of the objective lens corresponding to the midpoint between points (a) and (b) is determined.

【0033】そして、ピークに相当する(p)点と、中
点に相当する(c)点の差dfを df=|p−c| (1) として求める。
Then, the difference df between the point (p) corresponding to the peak and the point (c) corresponding to the middle point is determined as df = | p−c | (1).

【0034】プロファイルは理想的には対称な形状を示
し、完全な対称形の場合は、 df=0 (2) である。
The profile ideally shows a symmetrical shape, and in the case of a perfect symmetrical shape, df = 0 (2).

【0035】そして、(2)式が成立する場合、つまり
(a)点と(b)点の中点である(c)点と、(p)点
が略一値する場合、焦点が合っているといえる。
When the expression (2) is satisfied, that is, when the points (c) and (p), which are the midpoints of the points (a) and (b), have substantially one value, they are in focus. Can be said.

【0036】これに対して、プロファイルが対称形状が
外れた場合、非合焦点状態といえる。このように、プロ
ファイルが非対称となるのは、以下のような理由による
ものと考えられる。 a)プロファイルに一定周期のノイズ(電源周期による
ノイズ)が混入する。 b)自動焦点合せ用ビーム走査を実行中に、例えば試料
構造に起因したチャージアップが発生する。 c)場合によっては、対物レンズのヒステリシスの影響
が混入する。
On the other hand, when the profile deviates from the symmetrical shape, it can be said that it is out of focus. The reason why the profile is asymmetric is considered to be as follows. a) Noise with a constant cycle (noise due to the power cycle) is mixed in the profile. b) Charge-up occurs due to, for example, the structure of the sample during the execution of the beam scanning for automatic focusing. c) Depending on the case, the influence of the hysteresis of the objective lens is mixed.

【0037】このようなプロファイルの非対称状態が、
ある一定の量を超えた場合には、例えば、図3に示すよ
うに、寸法測定のばらつきが大きくなる。
The asymmetric state of such a profile is
When the amount exceeds a certain amount, for example, as shown in FIG. 3, variation in dimensional measurement becomes large.

【0038】したがって、df値が一定の大きさ以上の
場合、非合焦点状態と判定する。
Therefore, when the df value is equal to or larger than a certain value, it is determined that the focus state is out of focus.

【0039】そして、非合焦点状態と判定された場合、
ステップS11に戻り、焦点合せのシーケンスを再度実
行する。
If it is determined that the object is out of focus,
Returning to step S11, the focusing sequence is executed again.

【0040】実際に、df値の適否を判定する方法とし
ては、ビーム焦点深度の値に、一定の係数を乗じた値と
比較し、これよりも大きければ非合焦点とし、この範囲
に入っていれば合焦点と判定する。この場合に用いる係
数は、パターン構造、倍率などにより変化するが、ビー
ム焦点深度に乗じる値として1.0〜5.0の値を用い
るのが望ましい。一般には、焦点深度が浅い程、この係
数として小さなものを用いる。1ミクロンm程度の短焦
点のものにあってはこの係数として2ミクロンm以下の
値がよく、2〜3ミクロンmの通常の焦点のものによっ
てはこの係数は4程度がよい。また、パターン構造が、
半導体ウエーハにおけるAl上のレジストパターンで、
倍率が30k倍の場合、ビーム焦点深度に乗じる係数と
しては、3.0を採用するのがよい。
Actually, as a method of judging the adequacy of the df value, the value of the depth of focus of the beam is compared with a value obtained by multiplying a certain coefficient, and if it is larger than this, it is regarded as out-of-focus and falls within this range. If so, the focus is determined. The coefficient used in this case varies depending on the pattern structure, magnification, etc., but it is desirable to use a value of 1.0 to 5.0 as a value to be multiplied by the beam depth of focus. Generally, the shallower the depth of focus, the smaller this coefficient is used. A coefficient of 2 μm or less is preferable for a short focus of about 1 μm, and a coefficient of about 4 is preferable for a normal focus of 2 to 3 μm. Also, the pattern structure is
With a resist pattern on Al in a semiconductor wafer,
When the magnification is 30 k times, it is preferable to adopt 3.0 as the coefficient for multiplying the beam depth of focus.

【0041】以上のようにして、半導体ウエーハ上のミ
クロンメータレベルのパターン寸法を有するレジストラ
インパターンの測定において、自動焦点合せの成功率
を、従来方法による96.7%(成功回数58回/実行
回数60)から、本発明では100%(成功回数90回
/実行回数90)にまで、飛躍的に高めることが可能に
なった。ちなみに、この場合の焦点合せ成功の判定は、
自動焦点合せの実行後の寸法測定のばらつきが、パター
ンデザイン寸法の1/100、すなわち0.01ミクロ
ンメータ以下の場合とした。
As described above, in the measurement of the resist line pattern having the pattern dimension of the micron level on the semiconductor wafer, the success rate of the automatic focusing is 96.7% (the number of successes is 58 times / execution) by the conventional method. From the number of times 60) to 100% (the number of successes 90 times / the number of execution times 90) in the present invention, it has become possible to dramatically increase. By the way, in this case, the determination of successful focusing is
The variation in dimension measurement after execution of automatic focusing is 1/100 of the pattern design dimension, that is, 0.01 micrometer or less.

【0042】以上のように、従来のように焦点合せの合
否判定をオペレータの目視による判定に頼った場合、6
0回の試行に対して、2回は焦点合せの不適切なものを
合焦点と判断してしまうのに対して、本発明のように、
自動焦点合せの実施後に、その焦点合せの合否を自動判
定し、非合焦点と判定された場合に、自動焦点合せを再
度実行するようにすることで、90回の試行で、100
%の合焦点状態を得ることができた。
As described above, when relying on the operator's visual judgment as the focus determination as in the conventional case, 6
In contrast to 0 trials, an object with improper focus is judged to be in-focus 2 times, but as in the present invention,
After performing the automatic focusing, whether the focusing is successful or not is automatically determined, and when the non-focusing is determined, the automatic focusing is performed again.
% Focus state could be obtained.

【0043】なお、上記実施例1では図2のプロファイ
ルデータにおいて、そのピークに対応する強励磁側の
(a)点と、弱励磁側の(b)点を、ピーク値の50%
に相当する点として求める場合を例示したが、この割合
は、ピーク値の20%〜80%程度の範囲で適宜設定可
能なものであり、経験的な要素、電子顕微鏡の対物レン
ズの特性、など各種の要件を勘案しながら適宜決定して
よい。
In the first embodiment, in the profile data of FIG. 2, the point (a) on the strong excitation side and the point (b) on the weak excitation side corresponding to the peak are 50% of the peak value.
However, this ratio can be appropriately set within a range of about 20% to 80% of the peak value, and it is an empirical factor, the characteristics of the objective lens of the electron microscope, etc. It may be appropriately determined in consideration of various requirements.

【0044】また、ビーム焦点深度に乗じる係数として
も、実施例1では、1.0〜5.0の範囲を例示した
が、これも経験的な要素、各種要件によっては、これ以
外の係数が用いられることもあり得る。 実施例2.なお、上記実施例では、プロファイルデータ
から、ピーク値を与える励磁条件と、ピーク値に対して
一定の割合の値を与える励磁条件を求め、これらの関係
から、焦点自動判定する方法を説明したが、プロファイ
ルデータの半値幅を求め、この半値幅が電子顕微鏡の対
物レンズの励磁可変範囲の1/2以内の場合に合焦点と
判定し、それ以上の場合を非合焦点と判定するようにし
ても、同様の効果を得ることができる。この場合におい
て、プロファイルデータを求める段階と合焦点か否かを
判定する段階との間に、図1に示すステップS8とステ
ップS10と同様のステップを存在させることができ
る。即ち、ステップ8と同様に、線積分プロファイルデ
ータのS/N比が3以下かどうかを判断する。以下であ
るときには、ステップS9と同様に、走査速度を0.5
kHzに落とし、走査本数を8操作本数として再度プロ
フィルデータをとり直す。以上のときには、線積分最大
値が励磁可変範囲の25%以下の領域か、あるいは75
%以上の領域のいずれかにあるか否かを判断する。上記
2つの領域のいずれかに存するときには、ステップS1
1と同様に、最大値の励磁条件を励磁可能範囲の中心に
設定し直して、再度プロファイルデータをとり直す。存
しないときには、前述の半値幅に基づく合焦点の判断を
行う。
Also, as the coefficient for multiplying the beam depth of focus, the range of 1.0 to 5.0 is exemplified in the first embodiment, but this is also an empirical factor, and other coefficients may be used depending on various requirements. It may be used. Embodiment 2. FIG. In the above embodiment, the method for obtaining the peak value and the excitation condition for giving a certain ratio of the peak value from the profile data, and the automatic focus determination method based on these relationships have been described. The half-value width of the profile data is calculated, and if this half-value width is within 1/2 of the excitation variable range of the objective lens of the electron microscope, it is determined to be the in-focus point, and if it is more than that, it is determined to be the non-in-focus point. Also, the same effect can be obtained. In this case, steps similar to step S8 and step S10 shown in FIG. 1 can be provided between the step of obtaining profile data and the step of determining whether or not the focus is on. That is, similarly to step 8, it is determined whether the S / N ratio of the line integral profile data is 3 or less. When it is below, the scanning speed is set to 0.5 as in step S9.
After dropping to kHz, the number of scanning lines is set to 8 and the profile data is taken again. In the above case, the maximum value of the line integral is 25% or less of the excitation variable range, or 75
It is determined whether or not it is in any of the areas of% or more. If it exists in either of the above two areas, step S1
Similar to 1, the maximum excitation condition is reset to the center of the excitable range, and the profile data is collected again. If it does not exist, the focusing point is determined based on the above-described half-width.

【0045】また、上記各実施例では、プロファイルデ
ータのピーク値を中心とした励磁条件の対称性に基づい
て自動焦点合せの判定を行うシーケンスを説明したが、
原理的には、合焦点の場合にプロファイルデータの歪み
量が少ないことを基本としており、プロファイルデータ
の歪み量や対称性の判定ができれば、他のあらゆる数学
的手法が適用可能であることは言うまでもない。
Further, in each of the above-described embodiments, the sequence for determining the automatic focusing on the basis of the symmetry of the excitation condition with the peak value of the profile data as the center has been described.
In principle, it is based on the fact that the amount of distortion of profile data is small in the case of focusing, and it goes without saying that any other mathematical method can be applied if the amount of distortion and symmetry of profile data can be determined. Yes.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上の述べたように、本発明の焦点自動
判定方法は、自動焦点合せの実施後に、得られたプロフ
ァイルの状態から合焦点判定を自動的に行い、非合焦点
と判定された場合に再度自動焦点合せを実行するように
構成したので、電子顕微鏡などで、その自動焦点合せの
信頼性を飛躍的に高めることが可能となり、電子顕微鏡
を用いた半導体ステップにおけるパターン寸法測定など
の精度を向上でき、ラインの効率や生産性を大幅に向上
できる効果がある。
As described above, according to the automatic focus determination method of the present invention, after performing the automatic focusing, the in-focus determination is automatically performed from the obtained profile state, and it is determined that the focus is not in focus. In this case, it is configured to perform automatic focusing again when it is used, so it is possible to dramatically improve the reliability of automatic focusing in electron microscopes, etc., and measure pattern dimensions in semiconductor steps using electron microscopes. There is an effect that the accuracy of can be improved and the efficiency and productivity of the line can be significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の焦点自動判定方法の実施例を説明する
シーケンス図である。
FIG. 1 is a sequence diagram illustrating an embodiment of a focus automatic determination method of the present invention.

【図2】図1の焦点自動判定方法を説明するためのプロ
ファイル図である。
FIG. 2 is a profile diagram for explaining the focus automatic determination method of FIG.

【図3】一般的な自動焦点合せの実施後に、半導体チッ
プの上に形成されたパターンの寸法測定を行った結果の
説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a result of performing dimension measurement of a pattern formed on a semiconductor chip after performing general automatic focusing.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電子顕微鏡の対物レンズの励磁条件毎にビ
ーム走査を行い、得られる2次電子信号波形を線積分す
ることにより、励磁条件の関数としての線積分の値を示
すプロファイルデータを形成する第1のステップと、 前記プロファイルデータのピークに対応する第1の励磁
条件を求める第2のステップと、 前記プロファイルデータのピーク値に対して、一定の割
合の値に対応する励磁条件を、強励磁側と、弱励磁側で
それぞれ第2の励磁条件と第3の励磁条件として求める
第3のステップと、 前記第2の励磁条件と、前記第3の励磁条件の中点に対
応する励磁条件を第4の励磁条件として求める第4のス
テップと、 前記第1の励磁条件と前記第4の励磁条件との差分を、
ビーム焦点深度に一定の係数を乗じた参照値と比較し、
これよりも小さい場合に、前記第1の励磁条件を合焦点
と判断する第5のステップと、 を備えることを特徴とする焦点自動判定方法。
1. A profile data showing a value of line integration as a function of the excitation condition is formed by performing beam scanning for each excitation condition of an objective lens of an electron microscope and line-integrating the obtained secondary electron signal waveform. And a second step of obtaining a first excitation condition corresponding to the peak of the profile data, and an excitation condition corresponding to a constant ratio of the peak value of the profile data, A third step of obtaining the second excitation condition and the third excitation condition on the strong excitation side and the weak excitation side, respectively, the second excitation condition, and the excitation corresponding to the middle point of the third excitation condition. A fourth step of obtaining a condition as a fourth excitation condition, and a difference between the first excitation condition and the fourth excitation condition,
Compared with a reference value that is the beam depth of focus multiplied by a constant factor,
If it is smaller than this, a fifth step of determining the first excitation condition as an in-focus point, and a focus automatic determination method characterized by the following.
【請求項2】前記第1のステップにおいて、対物レンズ
の励磁条件の設定、ビーム走査、2次電子信号の取り込
みを行う手順が含まれる、請求項1の焦点自動判定方
法。
2. The automatic focus determination method according to claim 1, wherein the first step includes a procedure of setting an excitation condition of the objective lens, beam scanning, and capturing of a secondary electron signal.
【請求項3】得られる前記プロファイルデータのS/N
比が低い場合に、走査の速度を下げ、走査の本数を上げ
て、第1のステップに戻る、請求項1又は2の焦点自動
判定方法。
3. S / N of the profile data obtained
3. The automatic focus determination method according to claim 1, wherein when the ratio is low, the scanning speed is reduced, the number of scanning lines is increased, and the process returns to the first step.
【請求項4】前記第3のステップにおいて、一定の割合
として、20%〜80%の範囲の割合を用いる、請求項
1〜3の1つの焦点自動判定方法。
4. The automatic focus determination method according to claim 1, wherein a ratio within a range of 20% to 80% is used as the constant ratio in the third step.
【請求項5】前記第5のステップにおいて、一定の係数
として、焦点深度が浅い程小さい値を用いる、請求項1
〜4の1つの焦点自動判定方法。
5. In the fifth step, as the constant coefficient, a smaller value is used as the depth of focus is shallower.
1 to 4 are automatic focus determination methods.
【請求項6】前記第5のステップにおいて、一定の係数
として1.0〜5.0の値を用いる、請求項1の焦点自
動判定方法。
6. The automatic focus determination method according to claim 1, wherein a value of 1.0 to 5.0 is used as the constant coefficient in the fifth step.
【請求項7】第1の励磁条件が励磁可変範囲の両端部分
の近傍にきたときに、前記第1の励磁条件を新たに励磁
可変範囲の中心に設定して、第1のステップに戻る、請
求項1〜6の1つの焦点自動判定方法。
7. When the first excitation condition comes near both ends of the excitation variable range, the first excitation condition is newly set at the center of the excitation variable range and the process returns to the first step. An automatic focus determination method according to claim 1.
【請求項8】前記第5のステップにおいて、前記差分
が、前記参照値よりも大きい場合、非合焦点と判断し
て、先に得た最大値の励磁条件を励磁可変範囲の中心に
設定して、第1のステップに戻る、請求項1〜7の1つ
の焦点自動判定方法。
8. In the fifth step, when the difference is larger than the reference value, it is determined that the focus is not in focus and the previously obtained maximum excitation condition is set at the center of the excitation variable range. Then, the focus automatic determination method according to any one of claims 1 to 7, which returns to the first step.
【請求項9】電子顕微鏡の対物レンズの励磁条件毎にビ
ーム走査を行い、得られる2次電子信号波形を線積分す
ることにより、励磁条件の関数としての線積分の値を示
すプロファイルデータを形成する第1の段階と、 前記プロファイルデータの半値幅を求める第2の段階
と、 前記第2の段階で得られた半値幅が前記対物レンズの励
磁可変範囲の1/2以下である場合を合焦点と判定する
第3の段階と、 を備えることを特徴とする焦点自動判定方法。
9. A profile data showing a value of line integration as a function of the excitation condition is formed by performing beam scanning for each excitation condition of the objective lens of the electron microscope and line-integrating the obtained secondary electron signal waveform. The first step, the second step of obtaining the half-value width of the profile data, and the half-value width obtained in the second step being less than or equal to 1/2 of the excitation variable range of the objective lens. A focus automatic determination method comprising: a third step of determining a focus.
【請求項10】前記第1の段階と第2の段階の間に、前
記プロファイルデータのS/N比が所定値よりも低いか
どうかを判断し、低い場合に、走査の速度を下げ、走査
の本数を上げて、第1の段階に戻る、請求項9の焦点自
動判定方法。
10. During the first step and the second step, it is determined whether the S / N ratio of the profile data is lower than a predetermined value. If the S / N ratio is lower than a predetermined value, the scanning speed is reduced and scanning is performed. 10. The automatic focus determination method according to claim 9, further comprising increasing the number of, and returning to the first step.
【請求項11】前記プロファイルデータのピークに対応
する第1の励磁条件を求め、この第1の励磁条件が励磁
可変範囲の両端部分の近傍にきたときに、前記第1の励
磁条件を新たに励磁可変範囲の中心に設定して、前記第
1の段階に戻る、請求項9又は10の焦点自動判定方
法。
11. A first excitation condition corresponding to a peak of the profile data is obtained, and when the first excitation condition comes near both ends of the excitation variable range, the first excitation condition is newly set. 11. The automatic focus determination method according to claim 9, wherein the focus is set at the center of the excitation variable range and the process returns to the first step.
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US8478021B2 (en) 2009-01-15 2013-07-02 Hitachi High-Technologies Corporation Charged beam device

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